浅谈图形化编程中计算思维的培养

江玫

贵州省贵阳市一中 贵州 贵阳 550081

计算思维是计算机本质科学和课程核心价值的重要概念。在修订版普通高中信息技术课程标准中提到关于“计算思维”核心素养的培养要求，本文基于这一要求，结合图形化编程的三个具体教学案例，阐述了在高中信息技术课中基于核心素养开展计算思维培养的策略。

1 对“计算思维”素养的科学认识

传统的信息技术课程的授课方式是以计算机操作为目的的包含信息采集、加工、交流等在内的信息技术知识，这涉及各种数字化工具和资源的使用，这里面除了实践操作以外还涉及的思维方式其实就是计算思维。计算思维并不是计算机出现了之后才有的，古人在并不知道计算思维的概念情况下，已经很熟练地用这种思维方式来解决实际问题，比如田忌赛马，曹冲称象等，他们被称为聪明的人，他们用到的解决问题的思维方式就是计算思维。2006年，周以真教授首次提出了“计算思维”这一概念。他认为计算思维的核心在于自动化和抽象化，自动化意味着将重复的事情程序化，抽象化意味着将实际的问题共性化[1]。如若要将计算思维作为新的教学观念，它将是一次传统以知识传授为核心的观念转变，基于“计算思维”素养的信息技术课应该以培养学生的三大能力为主：一是概括能力，创设情境，让学生在情境中发现和思考问题，在思考过程中对同类事物去除其中次要的、现象的方面，抽取其中主要的，共性的方面，依据计算模型对现实世界中需要处理的对象的属性、规则、方法进行抽象和形式化表达，为构建计算机世界提供依据。二是构造能力，计算机世界本质是一个人造的世界，它与现实世界中其他人造物不同之处在于，它具有自动化的特性。我们需要通过设计这个步骤将计算思维进行外化，以计算机能够识别的语言告诉计算机去完成我们需要它做的事情。设计的过程体现的就是学生的构造能力。三是推演能力，我们通过预演与优化来实施我们的设计作品，我们将指令发送到计算机，计算机在接到指令之后完成的动作跟我们在大脑中那个的推演结构是否一致，然后再根据具体的比较情况进行修改和优化。

2 案例概要呈现

案例一：利用编程绘图完成生活中的形状绘制。

情境：展示生活中常见的物体：房子、大树、蘑菇、胡萝卜等，引导学生抽象其中所蕴含的形状：三角形、方形、六边形、圆形等。过程：选择易于上手的图形化编程工具，从简到繁的一步步完成各种形状的绘制。从三角形到圆形，再到不规则的图形绘制。层层深入，让学生在不断提升的绘制图形的过程中总结归纳各个图形的个性和共性，形成图形化编程绘制图形的规律和公式。成果：将所见到的事物都能具象为某一个形状用编程语句让计算机绘制出来[2]。

案例二：抽象问题具象化。

情境：小方和小华一起坐缆车从山脚到山顶，在缆车上一直数到对面的缆车有30辆，请问这个缆绳上总共有多少辆缆车。过程：先分类分析缆车的种类为可见的和不可见的两类；利用图形化编程软件根据生活中缆车的形象建立轨道；模拟生活中缆车在上面运行的效果。成果：建立轨道，运行分析得出答案，将这种抽象问题具象化推广到其他问题上。

案例三：递归问题的解决。

情境：展示生活中常见的递归图形：雪花、玫瑰花、松果、向日葵等，引出递归概念。过程：让学生归纳出递归图形的特点，利用图形化编程工具创作出各种基础形状的递归图形，总结规律推而广之。成果：动态绘制递归图形。以上相关案例通过对学习情境、技术运用过程及成果形式等方面进行设计，使学生获得完整的计算思维三步骤的过程体验，从而达到逐步培养学生计算思维的目的。

“计算思维”素养的培养需从现实需求出发设计情境，寻找计算思维的身影。

生活中的实例：

（1）假如有3个灶头，锅碗瓢盆数量一样。你要做一道荤菜，又要做一道素菜，还要做一种甜点。请设计合理、高效的做饭流程。分析及归类：做饭本来是一件很普通的事情，但对于一个有计算性思维的人，他既要考虑效果又要考虑正确性。在保证做出好吃的饭的同时，还考虑诸如做荤菜的时候饭不要凉了，同时要做搭配的素菜。其实从计算思维角度来说，这就是给定有限的资源，如何去设定几个并行流程的问题，这个问题总结下来就是一个任务如何统筹设计的问题。以上做饭的实例反映在计算机中，可以用基本原理中的“并行计算”来解释与实现。

（2）类似的，现实生活中还有很多这样的实例。例如，购物时，会在心中明确要购买的商品。进入超市后，在根据超市指引找到对应的货架。购物体验一气呵成。这反映到计算机就是“分类/分组”；在整理行李箱的时候会优先将常用随身物品放到容易或方便取出的包袋中，这反映到计算机中是“数据结构栈和队列”原理的体现；物品丢失了之后，会沿着走过的路线去寻找，反映到计算机中这是“回溯”算法的应用。这些实例问题的解决就是运用计算思维解决问题的方式，其思维过程实质上是将一个解决问题的过程清晰、抽象地描述出来，再将问题的解决方案表示为一个计算机中可以表达的“信息处理”流程，最终得以解决[3]。在信息技术教学过程中，课题应来源于生活，情境设置均与学生的具体学习生活相关。通过引导学生图形化编程的设计面向解决生活中的具体问题，让学生学习解决生活中出现问题的同时完成了计算思维的训练和培养。计算思维的培养重在设计出真实有趣而又有效的教学情境，这就需要教师做一个善于观察、关注学生学习与生活的有心人，了解学生的学科学习、生活活动、性格特征和情感需求，这样才能设计出学生感兴趣和符合生活场景的教学情境来，学生在这样的情境中既学习了知识，又可培养出运用知识解决问题的思维方法。